JP2012174595A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、正極、負極及び非水電解質を含む非水電解質二次電池が提供される。正極は正極集電体及び正極活物質層を含む。負極は負極集電体及び負極活物質層を含む。前記負極集電体は、前記負極活物質層が積層された塗工部と、前記負極集電体の少なくとも一つの端部において前記負極集電体が露出した非塗工部を含む。前記非塗工部は、前記塗工部と前記非塗工部との境界から該境界と対向する端部までの長さが5mm以上20mm以下の範囲である。前記負極活物質層の密度は2.1g/cc以上2.4g/cc以下の範囲である。前記負極集電体は、以下の式を満たす。
0.997≦W1/W2≦1
式中、W1は前記塗工部の単位面積当たりの重量であり、W2は前記非塗工部の単位面積当たりの重量である。
【選択図】図1
Description
0.997≦W1/W2≦1
式中、W1は前記塗工部の単位面積当たりの重量であり、W2は前記非塗工部の単位面積当たりの重量である。
図1は、扁平型の非水電解質電池1の断面模式図である。図2は図1のA部の拡大断面図である。非水電解質電池1は、捲回電極群2を備える。捲回電極群2は外装部材3に収納される。外装部材3内にはさらに非水電解質(図示せず)が充填される。
正極4は、正極集電体4a及び正極活物質層4bを備える。正極活物質層4bは、正極活物質、及び任意に導電剤及び結着剤を含む。正極活物質層4bは、正極集電体4aの片面又は両面に形成される。
負極5は、負極集電体5a及び負極活物質層5bを備える。負極活物質層5bは、負極活物質、及び任意に導電剤及び結着剤を含む。負極活物質層5bは、負極集電体5aの片面又は両面に形成される。
ここで具体的には、W1は活物質層で片面又は両面を覆われた部分の集電体の単位面積当たりの重量であり、W2は、電極長さ方向の縁に沿った表裏共に活物質層が塗布されていない部分の集電体の単位面積当たりの重量である。
非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。
無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する固体物質である。
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
外装部材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルムまたは厚さ1mm以下の金属製容器が用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは0.2mm以下であることがより好ましい。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましく、厚さ0.3mm以下であることがさらに好ましい。
第2実施形態の非水電解質電池は、以下に説明する正極を用いる以外は第1実施形態と同じ構成を有する。
重量比(W1/W2)を上記範囲内にすることにより、塗工部4cと非塗工部4dの単位面積当たりの重量の相違を減少させることができ、電極の歪みを低下させることが可能である。電極の歪みが小さいために、電極を捲回する際、或いは、スタック状に積み上げる際に、電極間に隙間が生じず、電池内部の電気抵抗を低下させることが可能である。
<正極の作製>
正極活物質としてLiCoO2を用い、導電剤としてアセチレンブラックとカーボンブラックを用い、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを用いた。それぞれ、85:5:5:5の重量割合で混合し、有機溶媒に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布し、乾燥させて活物質層を形成した。アルミニウム箔の裏側にも同様にスラリーを塗布し、乾燥させて活物質層を形成した。なお、アルミニウム箔の両面の活物質層は、それらの長手方向の辺が一致するように形成した。具体的には、両者の辺のずれが0.5mm以内になるように形成した。
負極活物質としてLi4Ti5O12を用い、導電剤としてカーボンブラックを用い、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを用いた。それぞれを、85:10:5の重量割合で混合し、有機溶媒に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布し、乾燥させて活物質層を形成した。アルミニウム箔の裏側にも同様にスラリーを塗布し、乾燥させて活物質層を形成した。なお、アルミニウム箔の両面の活物質層は、それらの長手方向の辺が一致するように形成した。具体的には、両者の辺のずれが0.5mm以内になるように形成した。
上記のように製造した正極と負極を、セパレータを挟んで積層し、コイル状に捲回して電極群を得た。正極の非塗工部を電極群の一端から突出させ、負極の非塗工部を電極群の他端から突出させた。正極の非塗工部を束ね、正極端子を超音波接合した。同様に、負極の非塗工部を束ね、負極端子を超音波接合した。正負極端子には、アルミニウム板を用いた。
上記の非水電解質二次電池の作製に用いた正極と同様に製造された正極から、塗工部を切り出した。塗工部の表面の活物質層を有機溶剤で除去した。残ったアルミニウム箔の重量と面積を測り、単位面積当たりの重量W1を算出した。また、非塗工部を切り出し、その重量と面積を測り、単位面積当たりの重量W2を算出した。正極の重量比(W1/W2)は、0.995であった。
上記のように製造した非水電解質二次電池を用いて放電試験を行った。
電池を満充電の半分の容量まで充電した。その後、20Cの電流で放電し、放電開始から10秒後の電圧と放電電流の積を取り、出力を算出した。
比較例1と同様に正極を製造した後、引張処理を行った。引張処理は、正極を捲き出し装置と巻き取り装置が付いた電極巻き替え装置に通し、張力を500N/mに設定して捲き替えすることにより行った。
負極及び非水電解質二次電池は比較例1と同様に製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例1と同様に負極を製造した後、引張処理を行った。引張処理は、負極を捲き出し装置と巻き取り装置が付いた電極巻き替え装置に通し、張力を500N/mに設定して捲き替えすることにより行った。
正極及び非水電解質二次電池は比較例1と同様に製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
例1と同様に製造した正極と、例2と同様に製造した負極を用いた以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
正負極の非塗工部の長さを10mmとした以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例2の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例2の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例2の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
正負極の非塗工部の長さを5mmとした以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例3の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例3の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例3の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
正負極の非塗工部の長さを2mmとした以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例4の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例4の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例4の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
ロールプレスの荷重を変えて正負極の活物質層の密度を変えたことを除けば、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例8の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例8の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例8の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
ロールプレスの荷重を変えて正負極の活物質層の密度を変えたことを除けば、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例9の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例9の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例9の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
ロールプレスの荷重を変えて正負極の活物質層の密度を変えたことを除けば、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例13の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例13の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例13の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
ロールプレスの荷重を変えて正負極の活物質層の密度を変えたことを除けば、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
正極活物質として、LiNi0.8Co0.17Al0.03O2を用いた以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例15の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例15の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例15の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
正極活物質として、Li1.1Mn1.8Al0.1O4を用いた以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。
比較例16の正極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例16の負極を引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
比較例16の正負極のそれぞれを引張処理に供した以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造し、測定及び放電試験を行った。正負極の活物質層の密度、重量比(W1/W2)、非塗工部の長さは、表1に示したとおりである。引張処理は、例1において記載したとおりに行った。
Claims (2)
- 正極集電体及び正極活物質層を含む正極と、
負極集電体及び負極活物質層を含む負極と、
非水電解質と、
を含み、
前記負極集電体は、前記負極活物質層が積層された塗工部と、前記負極集電体の少なくとも一つの端部において前記負極集電体が露出した非塗工部を含み、
前記非塗工部は、前記塗工部と前記非塗工部との境界から該境界と対向する端部までの長さが5mm以上20mm以下の範囲であり、
前記負極活物質層の密度が2.1g/cc以上2.4g/cc以下の範囲であり、
前記負極集電体が以下の式を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質二次電池:
0.997≦W1/W2≦1
式中、W1は前記塗工部の単位面積当たりの重量であり、W2は前記非塗工部の単位面積当たりの重量である。 - 前記負極活物質層が、Li4Ti5O12及びLi2Ti3O7から選択されるリチウムチタン酸化物、TiO2、及び、P、V、Sn、Cu、Ni、Co及びFeから成る群より選択される少なくとも1つの元素とTiを含有する金属複合酸化物から成る群より選択される少なくとも一つの負極活物質を含むことを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
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